DETERMINACIÓN DEL RANGO DE APLICABILIDAD DEL MÉTODO DE ELEMENTOS DE CONTORNO EN EL ANÁLISIS DE CODOS DE TUBERÍA / Determination of the Applicability Range of the Boundary Element Method in the Study of Piping Elbows

Resumen

En el presente trabajo se calculan los índices de esfuerzos y los factores de flexibilidad para momentos aplicados dentro yfuera del plano en codos de tubería utilizando el método de elementos de contorno (MEC). Este método ha demostradobuen desempeño en el estudio elástico de sólidos semi-infinitos, sólidos de pared gruesa e inclusive en placas de pareddelgada. El objetivo de este trabajo es determinar el rango de aplicabilidad del mismo a cascarones cilíndricos y geometríasno lineales, tal es el caso de codos de tubería, elementos de particular interés industrial. Para llevar a cabo este estudio seutilizaron nueve modelos de codos de tubería de geometría comercial, todos los modelos fueron mallados utilizando unacantidad y distribución idéntica de nodos y elementos, el número de elementos fue escogido de tal forma que se obtuvieranbuenos resultados en tiempos de cálculo competitivos con respecto a otros métodos. Los resultados obtenidos fueroncomparados con las expresiones encontradas en las normas ASME y contra los factores sometidos al factor de correcciónpropuesto por Thomas (1981). Se encontró que el método muestra buenos resultados dentro de un rango de esbeltez(relación diámetro espesor) entre 10 y 23, por encima del cual los modelos presentan un colapso de la sección transversaldel extremo cargado.

ABSTRACT

Stress indexes and bend flexibility factors, for in-plane and out-plane bending moments applied to piping elbows, werecalculated using the Boundary Element Method (BEM). This method has proved to be very effective in the elastic study ofsemi-infinite solids, thick wall solids and even thin walled shells. The objective of this work is to determine the range ofapplicability of the BEM to the analysis of cylindrical thin walled shells and non-linear geometries, in this case pipingelbows, objects of particular industrial interest. For this study, nine models of elbows with commercial geometries wereused, all were meshed using an identical quantity and distribution of nodes and elements. The total number of elementswas chosen in a way that the time consumed were competitive in comparison with other methods. The results of thesimulations were compared with the analytical expressions found in the codes, and with the expressions corrected by thefactors proposed by Thomas (1981). These results indicates that the BEM its applicable in a range of the diameter thicknessratio between 10 and 23.Keywords: Boundary Element Method, Stress Index, Flexibility factor, Piping elbows, Pipe bends.